CN112629698A - 一种基于光纤光栅的温度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤光栅的温度检测装置，包括：光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪包括光源装置和波长解调中心，波分复用器，一端与所述光纤光栅解调仪连接，用于接收所述光源装置发出的光信号，并将所述检测光信息发送至所述波长解调中心；其中，所述波分复用器根据自身的带宽通道，将接收到的所述光源装置发出的光信号分成N路检测信号，每一路所述检测信号通过光纤传输至待检测高压开关柜；多个高压开关柜，每一个所述高压开关柜与一路所述检测信号连接，每一个所述高压开关柜的光纤光路上分布有多个同波长光纤光栅。本发明在现有光源带宽的条件下，可以大范围测量出各个开关柜内的最高温度，及时预防火灾等事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感器领域，特别涉及一种基于光纤光栅的温度检测装置。
背景技术
火灾是影响电力系统安全运行的一个常见原因，火灾的发生对电力系统以及经济发展的影响很大。在电力系统中发生的火灾，大部分都是由于电力设备温度过高或过热引起的，如果不及时发现处理，往往会导致事故或火灾的发生。在变电站内，现有的测温技术主要是基于电信号和光信号。但是由于电信号传感器容易受到电磁场的干扰，所以测量结果往往误差较大，而且成本较高，无法满足实际的需要。
光纤光栅传感技术是近些年来研究的重点，它是将要测量的物理量转换成光信号的技术。它具有抗电磁干扰、设备安装简单、功耗较低、精度高等优点，在电力设备的温度监测领域运用越来越广泛。
光纤测温传感器主要是利用光散射技术和光复用技术。利用光散射技术制成的光纤传感器存在信号强度弱、成本较高、系统复杂性较高等缺点。光复用技术分为时分复用技术、空分复用技术、波分复用技术。光时分复用技术和光空分复用技术在使用过程中也存在着诸多的限制和缺陷。
采用光波分复用技术制备的传感器性能是最理想的，但是由于光源带宽的限制，而FBG波长带宽又有一定的要求，导致测温系统的传感器数量有限。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅的温度检测装置，以至少解决上述提到的技术问题之一，具体如下。
根据本发明的具体实施方式，本发明提供一种基于光纤光栅的温度检测装置，包括：
光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪包括光源装置和波长解调中心，所述光源装置用于发射预设波长范围的激光，所述波长解调中心用于解调返回的检测光信息；
波分复用器，一端与所述光纤光栅解调仪连接，用于接收所述光源装置发出的光信号，并将所述检测光信息发送至所述波长解调中心；其中，所述波分复用器根据自身的带宽通道，将接收到的所述光源装置发出的光信号分成N路检测信号，每一路所述检测信号通过光纤传输至待检测高压开关柜，其中，N为自然数且10≥N≥2；
多个高压开关柜，每一个所述高压开关柜与一路所述检测信号连接，每一个所述高压开关柜的光纤光路上分布有多个同波长光纤光栅。
可选的，包括多个波分复用器，每个所述波分复用器一端与所述光纤光栅解调仪的一个通道连接，另一端与N个高压开关柜连接。
可选的，所述多个波分复用器数量为4-8个。
可选的，还包括计算机，与所述光纤光栅解调仪连接，用于计算并显示各高温开关柜的温度检测结果。
可选的，还包括报警装置，报警装置与所述计算机连接，所述报警装置根据所述计算机获得的检测波的波长变化量与检测温度的温度变化量关系进行报警。
可选的，所述波长变化量ΔλB与温度变化量ΔT满足如下关系：
ΔλB＝λB(α+ξ)ΔT
其中，α表示光纤的热光系数，ξ表示光纤的热膨胀系数，λB表示检测波的中心波长。
可选的，所述波长变化量ΔλB与温度变化量ΔT满足如下关系：ΔT＝100Δλ，所述报警装置根据如上关系获得温度变化量，根据温度变化量设置三级报警信号。
可选的，所述每一个高温开关柜内的多个光纤光栅为相同波长的光纤光栅。
可选的，不同所述高温开关柜内的所述光纤光栅为不同波长的光纤光栅。
可选的，多个光纤光栅分布于所述高温开关柜内不同位置。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提出了一种新的利用光纤光栅波分复用技术来测量电力设备温度的设计方案，在现有光源带宽的条件下，可以大范围测量出各个开关柜内的最高温度，及时预防火灾等事故的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的基于光纤光栅的温度检测装置的结构示意图。
图2是本发明的光纤光栅传感器原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明的具体实施方式，本发明提供一种基于光纤光栅的温度检测装置，包括：
光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪包括光源装置和波长解调中心，所述光源装置用于发射预设波长范围的激光，例如光源装置发射波长范围为1525nm-1565nm的激光。所述波长解调中心用于解调返回的检测光信息，例如波长解调中心为4通道或8通道。
波分复用器，波分复用器一端与所述光纤光栅解调仪连接，用于接收所述光源装置发出的光信号，并将所述检测光信息发送至所述波长解调中心；其中，所述波分复用器根据自身的带宽通道，将接收到的所述光源装置发出的光信号分成N路检测信号，每一路所述检测信号通过光纤传输至待检测高压开关柜，其中，N为自然数且10≥N≥2；例如将光信号1525nm-1565nm中40nm的带宽分为10路检测信号，每一路检测信号带宽为4nm。
多个高压开关柜，每一个所述高压开关柜与一路所述检测信号连接，每一个所述高压开关柜的光纤光路上分布有多个同波长光纤光栅。
可选的，包括多个波分复用器，每个所述波分复用器一端与所述光纤光栅解调仪的一个通道连接，另一端与N个高压开关柜连接。
可选的，所述多个波分复用器数量为4-8个。
可选的，还包括计算机，与所述光纤光栅解调仪连接，用于计算并显示各高温开关柜的温度检测结果。
可选的，还包括报警装置，报警装置与所述计算机连接，所述报警装置根据所述计算机获得的检测波的波长变化量与检测温度的温度变化量关系进行报警。
如图2所示，一种光纤光栅结构图，当光源发出的光耦合进光纤后，在光纤中传输到光栅时，部分光会被反射回来，另一部分光会透射出去。反射回来的光波中心波长叫做布拉格波长，透射出去的光波将沿原方向继续传播。光纤光栅中心波长与外界环境有关，当外界温度改变时，光纤光栅波长偏移量和温度变化是线性关系，可以通过光纤光栅中心波长的波长偏移量来确定温度的变化量。所述波长变化量ΔλB与温度变化量ΔT满足如下关系：
ΔλB＝λB(α+ξ)ΔT
其中，α表示光纤的热光系数，ξ表示光纤的热膨胀系数，λB表示检测波的中心波长。
可选的，所述波长变化量ΔλB与温度变化量ΔT满足如下关系：ΔT＝100ΔλB，所述报警装置根据如上关系获得温度变化量，根据温度变化量设置三级报警信号。例如每20度作为一个报警阈值设置。
当光源发出的宽波长光耦合进光纤后，在光纤中传输到光栅时，部分光会被反射回来，另一部分光会透射出去。反射回来的光波中心波长叫做布拉格波长,用λB表示，布拉格波长与光纤的折射率和光栅周期满足以下关系式：
λB＝2neffΛ
neff为光栅的有效折射率，Λ为光栅的周期，当外界环境发生变化时，光栅中心波长会发生变化。经分析计算可知，光纤光栅波长随温度的变化关系式：
ΔλB＝λB(α+ξ)ΔT
α表示光纤的热光系数，ξ表示光纤的热膨胀系数。ΔT单位为℃，ΔλB单位为nm。
从上式可知光纤光栅的波长偏移量和温度变化是线性关系，可以通过光纤光栅中心波长的波长偏移量来确定温度的变化量。对于中心波长位于C波段的光纤光栅来说，波长温度系数约为10pm/℃，即温度升高100度，中心波长偏移约1nm，即ΔT＝100ΔλB。根据该关系可以得出，ΔT为20℃时，ΔλB为0.2nm，当检测到ΔλB为0.4nm时，温度变化为40℃，当检测到ΔλB为0.8nm时，温度变化为80℃，以此类推进行报警温度的设置。
可选的，所述每一个高温开关柜内的多个光纤光栅为相同波长的光纤光栅。从而使得，当该高温开关柜内温度无异常时，多个光纤光栅的返回检测波长相同，无法检测出ΔλB的值，也就说明高温开关柜是正常的。当高温开关柜某一位置发生高温火灾时，温度开始升高，此时，该位置的光纤光栅就会发生变化，经过该光栅返回的检测波长会发生漂移，从而检测到该处的ΔλB的值，例如为0.4nm，通过上述公式可以判定，此处温度发生了40℃的升高，报警装置会进行自动报警。
此时，对光纤光栅传感器采用波分复用技术，每一路光栅分配不同的波长范围，可以根据波长的情况，对光栅进行寻址，实现准分布式测量。光纤光栅解调仪发出的光信号进入光纤，在光纤中进行传输，经过波长不同的光栅，每一路光栅反射回来的光信号中心波长不同。根据波长的不同可以对不同支路的传感器进行寻址，精确定位是哪一个高温开关柜发生了报警。
可选的，不同所述高温开关柜内的所述光纤光栅为不同波长的光纤光栅。从而保证，通过光栅解调仪解调出来的光波是不同的，例如，分布于1525nm-1565nm之间的某一位置，从而准确定位开关柜的位置。
可选的，多个光纤光栅分布于所述高温开关柜内不同位置，使得高温开关柜的任意位置发生高温火灾，都会被及时的检测到。
从光纤光栅解调仪发出的光通过光纤通过波分复用器，波分复用器可以根据实际需求选择合适的通道带宽和通道数。从波分复用器分出了多路光信号，选用多个同一波长的光纤光栅制作成光纤光栅传感器串，光纤用光纤保护壳进行保护封装，并连接在波分复用器合适的通道上。波分复用器的每一个通道对应一个高压开关柜，在开关柜设备节点处安装同一波长的光纤光栅传感器。
本发明提出了一种新的利用光纤光栅波分复用技术来测量电力设备温度的设计方案，在现有光源带宽的条件下，可以大范围测量出各个开关柜内的最高温度，及时预防火灾等事故的发生。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于光纤光栅的温度检测装置，其特征在于包括：
光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪包括光源装置和波长解调中心，所述光源装置用于发射预设波长范围的激光，所述波长解调中心用于解调返回的检测光信息；
波分复用器，一端与所述光纤光栅解调仪连接，用于接收所述光源装置发出的光信号，并将所述检测光信息发送至所述波长解调中心；其中，所述波分复用器根据自身的带宽通道，将接收到的所述光源装置发出的光信号分成N路检测信号，每一路所述检测信号通过光纤传输至待检测高压开关柜，其中，N为自然数且10≥N≥2；
多个高压开关柜，每一个所述高压开关柜与一路所述检测信号连接，每一个所述高压开关柜的光纤光路上分布有多个同波长光纤光栅。
2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于：包括多个波分复用器，每个所述波分复用器一端与所述光纤光栅解调仪的一个通道连接，另一端与N个高压开关柜连接。
3.根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于：所述多个波分复用器数量为4-8个。
4.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于：还包括计算机，与所述光纤光栅解调仪连接，用于计算并显示各高温开关柜的温度检测结果。
5.根据权利要求4所述的温度检测装置，其特征在于：还包括报警装置，报警装置与所述计算机连接，所述报警装置根据所述计算机获得的检测波的波长变化量与检测温度的温度变化量关系进行报警。
6.根据权利要求5所述的温度检测装置，其特征在于：所述波长变化量ΔλB与温度变化量ΔT满足如下关系：
ΔλB＝λB(α+ξ)ΔT
其中，α表示光纤的热光系数，ξ表示光纤的热膨胀系数，λB表示检测波的中心波长。
7.根据权利要求6所述的温度检测装置，其特征在于：所述波长变化量ΔλB与温度变化量ΔT满足如下关系：ΔT＝100Δλ，所述报警装置根据如上关系获得温度变化量，根据温度变化量设置三级报警信号。
8.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于：所述每一个高温开关柜内的多个光纤光栅为相同波长的光纤光栅。
9.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于：不同所述高温开关柜内的所述光纤光栅为不同波长的光纤光栅。
10.根据权利要求8或9所述的温度检测装置，其特征在于：多个光纤光栅分布于所述高温开关柜内不同位置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202011518070.8A CN112629698A (zh) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | 一种基于光纤光栅的温度检测装置 |
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| CN (1) | CN112629698A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024103700A1 (zh) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 深圳技术大学 | 一种平面温度异常区域检测方法及检测系统 |
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2020
- 2020-12-21 CN CN202011518070.8A patent/CN112629698A/zh active Pending
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| WO2024103700A1 (zh) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 深圳技术大学 | 一种平面温度异常区域检测方法及检测系统 |
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